Maschinelles Oberflächenhämmern von laserauftraggeschweißten IN718-Werkstücken (MalIn)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452669313

IN718 ist eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Legierung, welche hohe Festigkeiten und eine hohe Bruchdehnung auch bei hohen Temperaturen aufweist. Eine gezielte Einstellung des IN718-Werkstoffgefüges kann die mechanischen Bauteileigenschaften, sowohl die Verschleißbeständigkeit als auch die Ermüdungsfestigkeit, signifikant verbessern.Die Rohlinge für die späteren IN718-Bauteile in der Luftfahrt werden heutzutage überwiegend über die Prozesskette Gießen, Schmieden und Vordrehen hergestellt. Speziell die wiederholenden Schmiedeoperationen beeinflussen maßgeblich die hervorragenden IN718-Werkstoffeigenschaften. Die Rohlinge werden anschließend mit einer Vielzahl an spanenden Fertigungsschritten, welche einen Großteil der Gesamtfertigungsdauer und -kosten ausmachen, bearbeitet. Die hohen Werkzeugver-schleißraten sowie Zerspanvolumina von teilweise über 90% führen zu einer reduzierten Wirtschaftlichkeit dieser Prozesskette. Eine Alternative bieten an dieser Stelle additive Fertigungsverfahren.Additive Verfahren wie das Laserauftragsschweißen von Draht bieten die Möglichkeit der Near-Net-Shape Fertigung. Die sich ausbildende grobkörnige, anisotrope Gefügestruktur sowie die auftretenden Zugeigenspannungen sowie Erstarrungsschrumpfungen während des Schweißvorgangs führen neben unvorteilhaften mechanischen Bauteileigenschaften ebenfalls zu Geometrieabweichungen und mangelnden Oberflächenqualitäten. Mittels umformenden Fertigungsverfahren können die aus dem Laserauftragsschweißen resultierenden Bauteileigenschaften verbessert werden.Da die Randzone von technischen Bauteilen oftmals der am stärksten beanspruchte Bereich ist und die gesamte Bauteilfunktion signifikant beeinflusst, bietet sich eine dortige lokale Umformung mit Oberflächenbehandlungsverfahren wie dem Kugelstrahlen, Festwalzen oder maschinellen Oberflächenhämmern (MOH) an. Verfahrensabhängig kann die Bauteiloberfläche eingeglättet, Druckeigenspannungen induziert und Kaltverfestigung in die Bauteilrandzone eingebracht werden. Während speziell das Festwalzen in der additiven Fertigung bereits Stand der Forschung ist, sind die Ursache-Wirkungszusammenhänge zwischen dem innovativen MOH und der Randzonenmorphologie, speziell der Gefügeausprägung und Oberflächentopografie, additiver Werkstücke noch unerforscht.Um eine zielführende Verfahrenskombination aus Draht-Laserauftragschweißen und MOH-Prozess hinsichtlich verbesserter mechanischen Eigenschaften resultierend aus einer gezielt eingestellten Randzonenmorphologie zu ermöglichen, müssen zunächst die grundlegenden Ursache-Wirkungzusammenhänge zwischen den Prozessparametern des Laserauftragschweißen sowie des MOH und den Randzoneneigenschaften erklärt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen